分流叶片前缘掠 对跨音速离心压气机气动性能的影响

对不同分流叶片前缘掠角(-20°~20°)的跨音速离心压气机流场进行了数值模拟研究,结果表明:分流叶片掠几乎不改变压气机的堵塞流量,前掠有扩展压气机工作范围、增加失速裕度的趋势,同时使性能提高,分流叶片前掠10°性能最佳,在最高效率点效率提高0.77%,压比提升0.91%;与原压气机相比,后掠性能有所下降。分流叶片掠对主叶片的影响集中在其叶片中部,对前端低能流体的径向迁移改善效果不明显;前掠使主叶片中部压差减小,减弱了通道中横向的压力梯度,减小间隙泄漏损失,后掠使泄漏损失增加;分流叶片掠对主叶片吸力面的斜激波影响甚微,对通道中部及其两侧的低能流体作用较明显,前掠抑制了压力面侧低能流团的发展,更好地改善了通道中部的分离流动,后掠使低能流团向分流叶片前积聚,流动损失增加。     

串列叶栅前后排叶片周向相对位置对离心压气机性能的影响

串列叶栅前后排叶片相对位置对串列扩压器的性能有重要影响.根据离心叶轮出口气流参数设计了一离心式串列叶栅扩压器,并利用数值模拟方法在前、后排叶栅周向相对位置分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%和90%时对离心压气机级进行了计算和分析,研究周向相对位置变化对离心压气机性能的影响以及作用机理.数值模拟结果表明:随着前后排叶栅周向相对位置变化,后排叶栅前缘滞止高压区相对前排叶栅的位置发生了变化,影响了前排叶栅压力面的压力分布,从而改变了前排叶栅压力分布及大小;当前后排叶栅周向相对位置为30%时,扩压器性能达到最佳,使压气机总压比和等熵效率最大,稳定工作范围增大;前后排叶栅所形成的渐缩通道可抑制后排叶栅吸力面边界层的分离.     

分流叶片周向位置设计及其对离心叶轮内部流动的影响

利用计算流体力学软件,对某高压比、高转速、小流量离心式压气机的半开式叶轮内部三维粘性流场进行了数值模拟研究。重点分析了分流叶片周向位置对叶轮内部流动和性能的影响,提出了适合此半开式离心叶轮分流叶片周向位置的设计方案。结果表明：分流叶片不同周向位置对流场影响明显,当分流叶片偏向长叶片吸力面侧时,叶轮流道内低速区增大,流动分布不均匀。研究还发现：固定分流叶片进口而将出口位置向长叶片压力面侧偏置,可以改善叶轮内部流动情况,提高叶轮性能。     

部分叶高串列扩压器对离心压气机性能的影响

为了保证离心压气机压比同时拓宽其稳定工作范围,将部分叶高概念引入串列扩压器设计中,获得部分叶高串列扩压器,并基于数值方法研究串列叶栅前后排叶片相对周向位置以及前排叶片相对高度对离心压气机与串列扩压器性能的影响.在相对周向位置为30%的串列扩压器基础上,利用不同部分叶高叶片设计串列扩压器前排叶片,获得不同的部分叶高串列扩压器.结果表明:串列叶栅前后排叶片相对周向位置对扩压器的扩压能力以及稳定工作范围有很大影响,当相对周向位置处于20%~30%内时离心压气机的整体性能达到最佳;与原离心压气机相比,当前排叶片相对高度h/B分别为40%和50%时,离心压气机的喘振裕度可分别增加21%和25%,总压比和等熵效率仅下降1%左右.     

叶片后弯角对车用离心压气机性能的影响

对比分析了6种不同转速下压气机性能的试验与仿真结果.在验证了ANSYS CFX软件用于压气机性能模拟分析中的可靠性后,采用数值模拟方法对3种不同叶片后弯角的叶轮进行了性能计算,得到了相关转速下的压气机特性曲线.仿真结果表明:在不改变压气机出口静压时,在一定的叶片出口角范围内,叶片后弯角的增加使两条特性曲线均向小流量方向偏移,但近喘振点边界得到了拓展,使得压气机的流量范围变得更宽;在小流量区域内,叶片后弯角的增大能够改善压气机内部流动状况,提高叶轮工作效率;而在大流量区域内,较大的叶片后弯角会使叶轮的流通特性降低,叶轮的工作效率反而会降低;适当增加叶片后弯角可以增大压气机工作范围,使压气机效率和流道内的流动均得到提高和改善.     

分流叶片长度及周向偏移量对ORC向心透平性能的影响

利用分流叶片能有效改善叶片通道内的流动阻塞问题,降低流动损失。针对某带分流叶片的有机朗肯循环(ORC)向心透平,研究了不同分流叶片长度和周向偏移量对透平性能的影响,对不同叶片布置方案进行数值模拟,分析了内部流动状况、叶片载荷和损失分布。结果表明：分流叶片能有效削弱通道中的涡流,改善流动状况,使通道内部的压力分布合理;同时在一定程度上分担了主叶片的载荷。与分流叶片长度系数相比,周向偏移量对熵产率的影响较为明显;随着长度系数和周向偏移量的增加,高熵产率范围和总压损失系数均呈现先减后增的趋势,等熵效率的变化则相反,当l=0.5、d=0.5时等熵效率最大,为91.26%,而功率与叶片长度大体呈正相关;将长度系数和周向偏移量分别控制在0.5～0.6时,能保持较为理想的流动状况及叶片载荷分布,高熵产率范围较小,有利于透平性能的提升。     

618 kW氦氙混合工质向心透平气动设计及分析

本文针对空间核电源系统中高效、轻质的向心透平,采用一维设计结合三维数值计算的方法,设计出以氦氙混合气体为工质的向心透平.使用ANSYS CFX对向心透平的气动特点以及流场特性进行了数值模拟,分析了叶轮内部流动和损失分布情况,数值结果显示出所设计的向心透平有较好的气动性能,效率为84.4％,功率为618.3 kW,本文还...     

叶片安装角对离心压气机扩压器气动性能及失速机理影响研究

为了研究离心压气机扩压器异常叶片对于失速现象的诱发效果,以带有叶扩压器的高速离心压气机为研究对象,通过整体或局部改变扩压器叶片安装角,开展非定常数值模拟研究并与实验结果对比验证,研究叶片安装角改变对离心压气机性能、动态特性以及失速机理的影响规律。研究表明：整体负方向旋转叶片安装角会促使扩压器更加不稳定,旋转角度从-5°到5°,最高效率点对应的质量流量逐渐增大。其中安装角偏转+5°扩压器叶片前缘靠近轮缘壁面发生流动分离,诱使无叶区间产生回流;而偏转-5°扩压器轮毂附近的流动分离主要发生在尾缘,造成扩压器叶片吸力面附近产生大范围回流。单个叶片安装角发生较大偏转(大于10°)时,扩压器比叶轮更早进入失速状态,且失速的机制可能会随着安装角偏移的增大发生改变。     

氦氙混合工质轴流涡轮设计与激波控制研究

基于氦氙混合工质特性,利用Axial软件对比了不同载荷系数和流量系数情况下涡轮的效率,在载荷系数和流量系数分别为1.8和0.6的情况下涡轮效率较高。在此条件下利用AxCent软件对轴流涡轮进行了三维叶片造型。在ANSYS CFX软件中选用SST湍流模型,在给定的工况下对设计好的叶片采用数值模拟方法分析尾缘折转角、尾缘楔角及安装角对激波损失的影响。研究表明：尾缘折转角在5.5°~6.5°之间,尾缘楔角在11°~13°范围内激波损失最低;安装角在43°~48°之间,随着安装角的增大会使激波损失降低;同时,对原始叶型的优化表明,吸力面改进为直线型并且增大压力面曲率会降低激波损失。     

串列叶栅扩压器弦长比对离心压气机的性能影响研究

为研究串列叶栅前后排叶片的弦长比对离心压气机性能的影响规律,采用数值模拟的方法对某离心压气机扩压器进行串列改造,并在弦长比为0.7、1.0和2.0时对离心压气机级性能进行分析。研究结果表明:串列叶栅扩压器效率优于楔形扩压器,且可以明显扩宽压气机的工作裕度;串列叶栅弦长比在一定范围内数值越大,即前排叶片越短,压气机性能越佳。在串列叶栅扩压器后排叶片前缘附近添加合适弦长的小叶片可以在不降低离心压气机效率与工作裕度的同时提高总压比,同时拓宽其最大通流能力。     

单级离心压气机气动性能预测与优化设计

为了提升低转速工况下压气机的气动性能,采用人工神经网络与遗传算法相结合的优化方法对某单级离心压气机离心叶轮的弯特性进行优化计算。利用NUMECA软件对该离心压气机进行了不同转速的数值模拟,得到压气机不同工况下的气动性能。通过设置不同控制参数和曲线形式对离心叶轮叶片进行参数化拟合,以8个改变叶片弯特性的参数为自由参数进行了叶型优化设计,最终得到了优化后的叶轮叶片。结果表明:优化后在低转速的设计工况下离心压气机压比增加了4.69%,稳定裕度拓宽了17.41%。     

离心压气机错排叶栅扩压器性能研究

依据叶片设计的基本理论,在原设计单列圆弧叶栅扩压器的基础上,根据相似准则设计了一种新型的双列错排叶栅扩压器;同时利用NACA叶型又设计了另一种双列错排叶栅扩压器。随后重点对三种扩压器与离心叶轮相连后的结构性能进行了详细的三维粘性数值模拟研究,并对流场中的压力、速度、极限流线和熵分布情况进行了全面的分析。研究结果表明：基于NACA叶型的双列错排叶栅扩压器可以更好地利用叶轮出口的动能,从而提高叶轮-扩压器结构的效率;但若叶栅的叶型设计不合理,则会使总压比降低,效率反而降低,即叶型对错排叶栅扩压器的性能影响较大。     

自循环机匣处理对某型离心压气机性能的影响

采用数值模拟的方法对比带/不带自循环机匣处理结构对某型离心压气机性能的影响进行研究。结果表明,自循环机匣处理结构基本不影响设计点压气机效率,可以增加压气机堵塞状态的流量,减小失速状态的流量。同时,文章展示了带/不带自循环机匣处理结构时压气机内部的流场情况,从流场流动的角度分析了自循环机匣结构引起压气机特性变化的原因。带机匣处理结构的压气机,在设计状态下,气流攻角不变,压气机效率基本不变;失速状态下,气流攻角改善,流动更加稳定;堵塞状态下,气流由机匣处理结构流入叶轮喉部下游,增加了叶轮排气流量,拓宽了堵塞流量。     

轴流压气机叶片磨损位置模拟方法研究

采用气固两相流计算方法,对某型燃气轮机压气机实际工作环境中沙尘颗粒对压气机叶片磨损特性进行了全三维数值模拟研究,分析了叶片表面磨损位置的分布情况。研究表明：同级与不同级压气机叶片均呈现出明显的非均匀磨损特性,同级叶片的最大磨损浓度可以达到最小磨损浓度的2.9倍,不同级叶片的平均磨损浓度最大相差17.8倍;同一叶片上,颗粒对叶片前缘的磨损程度高于尾缘;随着转速的增大叶片的磨损率最大增加120%且非均匀性进一步增强。     

基于流固耦合的离心式压气机叶轮叶片仿真研究

以某型离心式压气机叶轮为研究对象,利用ANSYS工程软件对叶轮进行单向流固耦合数值模拟。在综合考虑热载荷对叶轮叶片应力应变影响的前提下,建立叶轮单流道的三维流场模型,得到额定转速下压气机叶轮内部流场应力分布。将离心力、气动力和热载荷施加到叶片上,最终得到在离心力、气动力和热载荷三者共同作用下的叶片应力分布和叶片最大变形量。结果显示:相比仅考虑离心力和气动力影响的情况,在施加热载荷后,叶片最大应力增加7.62%,最大变形量增加24.69%。     

倒角和间隙对跨音轴流压气机气动性能的影响

通过对一单级跨音速轴流压气机的流场进行数值模拟,研究了动叶根部倒角以及顶部间隙对流场气动性能的影响.结果表明:动叶叶顶间隙会造成顶部区域的通流阻塞并加重顶部分离损失,根部倒角会减小根部的气流折转角,降低做功能力,而且扩大根部分离区,减小根部流量,增大根部分离损失,因此为了提高数值模拟的准确性应考虑动叶叶顶间隙和根部倒角.     

周向弯曲方向对弯掠叶片小流量工况下气动-声学性能的影响

对周向弯曲低压轴流风扇的气动-声学性能进行了数值模拟和试验验证,讨论了不同流量和不同周向弯曲方向对叶栅做功能力、稳定工作范围和叶顶泄漏声源特性的影响规律.结果表明:随着流量减小,周向弯曲使叶栅叶顶区域栅的气流轴向做功能力增强,周向做功能力减弱,叶片负荷减小,周向后弯的效果最明显;周向前弯曲改善了端壁附近的流动状况,是拓宽叶轮的稳定工作范围的重要因素;周向弯曲可增加叶顶泄漏涡的稳定性,减弱叶顶泄漏涡区的Powell声源强度,周向前弯效果最好.叶顶泄漏声源特性随流量变化的规律与宏观声学表现一致.